STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 KEMI A-NIVEAU Fredag den 14. august 2009 Kl. 09.00 14.00 STX092-KEA
pgavesættet består af 4 opgaver med i alt 17 spørgsmål samt 2 bilag i 2 eksemplarer. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med lige vægt i vurderingen. Alle hjælpemidler er tilladt Følgende forudsættes: DATABG, fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave. Billeder: side 1: http://www.natlex.dk/images/psc_2.jpg side 2: http://www.borup-kemi.dk/
pgave 1: Nitrosylbromid Nitrosylbromid, NBr, er en gas, hvis struktur er vist på figuren ved siden af. Nitrosylbromid indgår i en del gasfasereaktioner og spiller fx en rolle ved nedbrydning af ozonlaget i stratosfæren. N Br nitrosylbromid a) Tegn en elektronprikformel for nitrosylbromid. Når nitrosylbromid belyses, forløber nedenstående reaktion 2 NBr(g) 2 N(g) + Br 2 (g) Ved temperaturen 10 o C udføres et eksperiment for at bestemme reaktionsordenen med hensyn til nitrosylbromid for reaktionen. Reaktionen følges, og koncentrationen af nitrosylbromid bestemmes til forskellige tidspunkter. Nedenfor er anført sammenhørende værdier for den aktuelle stofmængdekoncentration af nitrosylbromid og tid. t / s 0 5 15 25 35 45 [NBr] / M 0,0400 0,0345 0,0270 0,0222 0,0188 0,0164 b) Bestem reaktionsordenen med hensyn til nitrosylbromid for reaktionen. c) Beregn halveringstiden ved 10 o C for omdannelsen af nitrosylbromid ved reaktionens start. 1
pgave 2: Katteurt og myggebalsam Katteurt indeholder et stof, som har en kraftigt tiltrækkende og stimulerende virkning på katte. Planten indeholder også nepetalakton, der kan anvendes som myggemiddel. nepetalakton a) Bestem nepetalaktons molekylformel. Benyt bilag 1. Bromvands karakteristiske gulbrune farve, som skyldes dibrom, forsvinder, når der tilsættes nepetalakton. b) Forklar, hvorfor nepetalakton affarver bromvand. Angiv reaktionstype. En 2-3 % opløsning af nepetalakton har samme virkning, som de mest anvendte kommercielle typer myggebalsam, der typisk indeholder 25-100 % DEET. R 1 C N R 1 R 2 DEET R 1 og R 2 er alkylgrupper 2
DEET irriterer øjne og slimhinder og kan give forstyrrelser i centralnervesystemet, hvis stoffet indtages. DEET kan trænge ind i kroppen gennem hudens fedtlag, og flere undersøgelser peger på, at der optages 20-60 µ. Der er målt koncentrationer på 3 mg DEET pr. liter blod i personer, som i en periode har anvendt myggebalsam regelmæssigt. Stoffet nedbrydes og udskilles dog forholdsvis hurtigt, så der sker ikke ophobning i kroppen. DEET kan hydrolyseres til en carboxylsyre og en amin. c) pskriv et reaktionsskema for hydrolysen. Stofferne anføres med strukturformler. Alkylgrupperne skal ikke specificeres. Nedenfor ses et 1 NMR-spektrum af DEET. δ/ppm d) Bestem strukturen af DEET. Argumenter ud fra integralkurve, kemiske skift og koblingsmønstre. Benyt evt. bilag 2. Stoffets polaritet kan vurderes ud fra fordelingsforholdet, K F, mellem octan-1-ol og vand. 3
Fordelingsforholdet for DEET er ligevægtskonstanten for følgende ligevægt DEET(aq) DEET(octan-1-ol) K = F [DEET(octan -1 - ol)] [DEET(aq)] K F = 200 ved 25 o C. e) Med udgangspunkt i strukturen for DEET-molekylet skal der argumenteres for, at fordelingsforholdet er stort. Relater til stoffets evne til at trænge igennem huden. 4
pgave 3: Piperidin Piperidin kan udvindes af sorte peberkorn, hvor det er bundet i stoffet piperin, der giver peber den karakteristiske skarpt krydrede smag. Piperidin er en cyklisk sekundær amin. N Piperidin M= 85,15 g/mol K b = 1,74 10-3 M ved 25 o C Piperidinstrukturen indgår i mange naturstoffer i planter, fx tobaksplanter og skarntyde. Det menes, at den græske filosof Sokrates døde, da han indtog skarntydesaft, som indeholder giftige stoffer afledt af piperidin. 100 ml af en vandig opløsning af piperidin indeholder 1,75 g ved 25 o C. a) Beregn den formelle stofmængdekoncentration af piperidin i den vandige opløsning. Piperidin reagerer basisk, når stoffet opløses i vand, og der indstiller sig følgende hydronolyseligevægt (protonolyseligevægt) C 6 10 N(aq) + 2 (l) C 6 10 N + 2 (aq) + (aq) (I) piperidin b) Beregn p i den vandige opløsning af piperidin ved 25 o C. Ved denne p-værdi er forholdet mellem stofmængderne af piperidin og piperidins korresponderende syre 10,4. Ved tilsætning af syre til piperidinopløsningen forløber reaktion II 5
C 6 10 N(aq) + 3 + (aq) C 6 10 N 2 + (aq) + 2 (l) (II) Piperidinopløsningen tilsættes Cl indtil p er 11,00. c) Beregn forholdet mellem stofmængden af piperidin og piperidins korresponderende syre, når p er 11,00. d) vor stor en stofmængde Cl skal der tilsættes, for at p bliver 11,00? 6
pgave 4: øjfructosesirup øjfructosesirup indeholder en blanding af fructose og glucose. Det anvendes i industrien som sødemiddel i bl.a. kager og læskedrikke. Glucose smager mindre sødt end sucrose, mens fructose smager mere sødt. En blanding af 55 % fructose og 45 % glucose har samme sødeevne som sucrose (saccharose), og højfructosesirup med dette blandingsforhold anvendes som sødemiddel i fx cola. øjfructosesirup kan fremstilles ud fra stivelse. Ved hjælp af et enzym nedbrydes stivelse, hvorefter noget af glucosen omdannes til fructose. Denne omdannelse katalyseres af enzymet Sweetzyme. (aq) Sweetzyme. (aq) (I) glucose fructose mdannelsen af glucose til fructose kan følges ved spektrofotometri, idet fructose omdannes til et rødt farvestof, som vist i reaktion II. Benzen-1,3-diol tilsættes i overskud, og fructose omdannes fuldstændigt til det røde farvestof, der har absorptionsmaksimum ved bølgelængden 483 nm. + (II) rødt farvestof C 3 7
a) Marker en af de oxygenholdige funktionelle grupper i det røde farvestofmolekyle, og gør rede for, hvilken stofklasse den tilhører. Benyt bilag 3. Termodynamiske data for omdannelsen af glucose til fructose ved reaktion I ses i nedenstående tabel. Δ 2,78 kj/mol ΔS 7,30 J/(mol. K) b) Beregn ΔG for reaktion I ved 60 o C. Kommenter resultatet. I et laboratorium undersøges omdannelsen af glucose til fructose spektrofotometrisk. En opløsning, som indeholder 90 g glucose pr. liter opløsning, opvarmes til 60 o C og tilsættes enzymet Sweetzyme. Efter 15 minutter udtages en prøve af reaktionsblandingen, og reaktion I standses. Fructoseindholdet i prøven omdannes herefter til det røde farvestof ved reaktion II. Der kan ses bort fra volumenændring. Prøveopløsningens absorbans måles ved 483 nm til 1,09. Kuvettebredden er 1,00 cm. Det røde farvestofs molare absorptionskoefficient ved 483 nm er bestemt til 63 м -1. cm -1, og farvestoffets absorbans følger Lambert-Beers lov. c) Beregn de aktuelle stofmængdekoncentrationer af fructose og af glucose i prøven. d) ar ligevægten indstillet sig ved 60 o C, når der er gået 15 minutter efter tilsætning af Sweetzyme? Graferne på næste side viser, hvordan enzymets aktivitet og stabilitet afhænger af temperaturen. 8
Relativ aktivitet / % Relativ stabilitet / % temperatur / o C temperatur / o C e) Beregn den temperatur, hvor ligevægtsblandingen indeholder 55 % fructose og 45 % glucose. Argumenter for, at en sådan ligevægtsblanding ikke kan opnås. pgavesættet slut 9
STUDENTEREKSAMEN 2009 STX092-KEA Bilag 1 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: nepetalakton
STUDENTEREKSAMEN 2009 STX092-KEA Bilag 2 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: 1 NMR-spektrum for DEET δ/ppm